Bobine enroulée - Coiled coil

Pour d'autres utilisations, voir Bobine enroulée (homonymie) .
Figure 1 : L'exemple classique d'une bobine enroulée est la fermeture éclair à leucine GCN4 (code d'accession PDB 1zik), qui est un homodimère parallèle et gaucher . Cependant, de nombreux autres types de bobines enroulées existent.

Une bobine enroulée est un motif structurel dans les protéines dans lequel 2 à 7 hélices alpha sont enroulées ensemble comme les brins d'une corde. (Les dimères et trimères sont les types les plus courants.) De nombreuses protéines de type coiled coil sont impliquées dans des fonctions biologiques importantes, telles que la régulation de l'expression des gènes - par exemple, les facteurs de transcription . Des exemples notables sont les oncoprotéines c-Fos et c-Jun , ainsi que la protéine musculaire tropomyosine .

Découverte

La possibilité de bobines en spirale pour α- kératine a d' abord été quelque peu controversé. Linus Pauling et Francis Crick sont arrivés indépendamment à la conclusion que cela était possible à peu près au même moment. À l'été 1952, Pauling visita le laboratoire en Angleterre où travaillait Crick. Pauling et Crick se sont rencontrés et ont parlé de divers sujets; à un moment donné, Crick a demandé si Pauling avait envisagé des "bobines enroulées" (Crick a proposé le terme), ce à quoi Pauling a répondu qu'il l'avait fait. À son retour aux États-Unis, Pauling a repris ses recherches sur le sujet. Il a conclu que les bobines enroulées existent et a soumis un long manuscrit à la revue Nature en octobre. Le fils de Pauling, Peter Pauling, travaillait dans le même laboratoire que Crick et lui a mentionné le rapport. Crick croyait que Pauling avait volé son idée et a soumis une note plus courte à Nature quelques jours après l'arrivée du manuscrit de Pauling. Finalement, après une certaine controverse et de fréquentes correspondances, le laboratoire de Crick a déclaré que l'idée avait été atteinte indépendamment par les deux chercheurs et qu'aucun vol intellectuel n'avait eu lieu. Dans sa note (qui a été publiée pour la première fois en raison de sa longueur plus courte), Crick a proposé la bobine enroulée ainsi que des méthodes mathématiques pour déterminer leur structure. Remarquablement, c'était peu de temps après que la structure de l' hélice alpha ait été suggérée en 1951 par Linus Pauling et ses collègues. Ces études ont été publiées en l'absence de connaissance d'une séquence de la kératine. Les premières séquences de kératine ont été déterminées par Hanukoglu et Fuchs en 1982.

Sur la base d'analyses de prédiction de séquence et de structure secondaire, les domaines enroulés des kératines ont été identifiés. Ces modèles ont été confirmés par des analyses structurales de domaines enroulés de kératines.

Structure moleculaire

Les bobines enroulées contiennent généralement un motif répété, hxxhcxc , de résidus d' acides aminés hydrophobes ( h ) et chargés ( c ) , appelé répétition heptade . Les positions dans la répétition heptadique sont généralement étiquetées abcdefg , où a et d sont les positions hydrophobes, souvent occupées par l' isoleucine , la leucine ou la valine . Le pliage d'une séquence avec ce motif répétitif en une structure secondaire alpha-hélicoïdale entraîne la présentation des résidus hydrophobes sous la forme d'une « bande » qui s'enroule doucement autour de l'hélice de la main gauche, formant une structure amphipathique . Le moyen le plus favorable pour que deux de ces hélices s'organisent dans l'environnement rempli d'eau du cytoplasme est d'enrouler les brins hydrophobes l'un contre l'autre pris en sandwich entre les acides aminés hydrophiles . Ainsi, c'est l'enfouissement des surfaces hydrophobes qui fournit le moteur thermodynamique de l'oligomérisation. L'emballage dans une interface du type à superhélice est exceptionnellement serré, avec presque complète van der Waals contact entre les chaînes latérales de l' un et d résidus. Cet emballage serré a été initialement prévu par Francis Crick en 1952 et est appelé emballage de boutons dans des trous .

Les hélices peuvent être parallèles ou antiparallèles, et adoptent généralement une super-bobine gaucher (Figure 1). Bien que défavorisées, quelques bobines enroulées droitières ont également été observées dans la nature et dans des protéines conçues.

Rôles biologiques

Rôle dans l'infection à VIH

Vue latérale de l'hexamère gp41 qui initie l'entrée du VIH dans sa cellule cible.

L'entrée virale dans les cellules CD4-positives commence lorsque trois sous-unités d'une glycoprotéine 120 ( gp120 ) se lient au récepteur CD4 et à un corécepteur. La glycoprotéine gp120 est étroitement associée à un trimère de gp41 via des interactions de van der Waals. Lors de la liaison de gp120 au récepteur et corécepteur CD4, un certain nombre de changements conformationnels dans la structure conduisent à la dissociation de gp120 et à l'exposition de gp41 et en même temps à l'ancrage de la séquence peptidique de fusion N-terminale de gp41 dans le cellule hôte. Un mécanisme à ressort est chargé de rapprocher suffisamment les membranes virale et cellulaire pour qu'elles fusionnent. L'origine du mécanisme à ressort réside dans la gp41 exposée , qui contient deux répétitions heptades consécutives (HR1 et HR2) suivant le peptide de fusion à l'extrémité N de la protéine. HR1 forme une bobine enroulée trimérique parallèle sur laquelle la région HR2 s'enroule, formant la structure en trimère d'épingles à cheveux (ou faisceau de six hélices), facilitant ainsi la fusion des membranes en rapprochant les membranes les unes des autres. Le virus pénètre alors dans la cellule et commence sa réplication. Récemment, des inhibiteurs dérivés de HR2 tels que Fuzeon (DP178, T-20) se lient à la région HR1 sur gp41 ont été développés. Cependant, les peptides dérivés de HR1 ont une faible efficacité d'inhibition virale en raison de la propension de ces peptides à s'agréger en solution. Des chimères de ces peptides dérivés de HR1 avec des fermetures à glissière à leucine GCN4 ont été développées et se sont révélées plus actives que Fuzeon , mais elles ne sont pas encore entrées en clinique.

Comme balises d'oligomérisation

En raison de leur interaction spécifique, les bobines enroulées peuvent être utilisées comme "étiquettes" pour stabiliser ou imposer un état d'oligomérisation spécifique. Une interaction de bobine enroulée a été observée pour conduire l'oligomérisation des sous-unités BBS2 et BBS7 du BBSome .

Concevoir

Le problème général de décider de la structure repliée d'une protéine lorsqu'on lui donne la séquence d'acides aminés (le soi-disant problème de repliement des protéines ) n'a pas été résolu. Cependant, la bobine enroulée fait partie d'un nombre relativement restreint de motifs de pliage pour lesquels les relations entre la séquence et la structure pliée finale sont relativement bien comprises. Harbury et al. ont réalisé une étude historique utilisant une bobine enroulée archétypale, GCN4, dans laquelle les règles qui régissent la manière dont la séquence peptidique affecte l'état oligomérique (c'est-à-dire le nombre d' hélices alpha dans l'assemblage final) ont été établies. La bobine enroulée GCN4 est une bobine enroulée de 31 acides aminés (ce qui équivaut à un peu plus de quatre heptades ) parallèle, dimère (c'est-à-dire constituée de deux hélices alpha ) et a une isoleucine répétée (ou I, en code à une lettre ) et leucine (L) au niveau d' une et d positions, respectivement, et forme une spirale enroulée dimère. Lorsque les acides aminés dans les a et d positions ont été modifiées de I à un et L à D à I à un et à I d , un trimère (trois hélices alpha ) enroulée la bobine a été formée. De plus, la commutation des positions de L en a et de I en d a entraîné la formation d'une bobine enroulée tétramère (quatre hélices alpha ). Ceux-ci représentent un ensemble de règles pour la détermination des états oligomériques de bobines enroulées et permettent aux scientifiques de "composer" efficacement le comportement d'oligomérisation. Un autre aspect de bobine enroulé ensemble qui est relativement bien comprise, au moins dans le cas des bobines enroulées dimères, est que le placement d' un résidu polaire (en particulier l' asparagine , N) à opposer un assemblage forces positions parallèles de la bobine enroulée. Cet effet est dû à une liaison hydrogène auto-complémentaire entre ces résidus, qui ne serait pas satisfaite si un N était associé, par exemple, à un L sur l'hélice opposée.

Il a été récemment démontré par Peacock, Pikramenou et leurs collègues que les bobines enroulées peuvent être auto-assemblées en utilisant des ions lanthanide (III) comme modèle, produisant ainsi de nouveaux agents d'imagerie.

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes

Logiciel lié à la bobine enroulée

Prédiction, détection et visualisation

Bases de données

  • Spiricoil utilise l'annotation du domaine protéique pour prédire la présence de bobines enroulées et l'état oligormère pour tous les organismes complètement séquencés
  • CC+ est une base de données relationnelle de bobines enroulées trouvées dans le PDB
  • Annotation du domaine protéique SUPERFAMILY pour tous les organismes entièrement séquencés sur la base de la classe de bobines enroulées SCOP soigneusement organisée